地鐵安全駕駛智能輔助系統(tǒng)

劉志林

摘要：針對(duì)駕駛員疲勞檢測(cè)研究中存在的難點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于圖像識(shí)別特征提取的安全駕駛檢測(cè)系統(tǒng)方案。系統(tǒng)中通過(guò)識(shí)別人體部位的特征進(jìn)行圖像識(shí)別與判斷，利用無(wú)線節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)發(fā)送至接受端或車(chē)載端平臺(tái)，軟件中運(yùn)用深度學(xué)習(xí)、信號(hào)處理算法提取混合信號(hào)中的目標(biāo)成份，并進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別，建立特征模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)違規(guī)駕駛的實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄。該方法克服傳統(tǒng)檢測(cè)方法的單一和局限性，具備較好的準(zhǔn)確率和行業(yè)適用性。

一、現(xiàn)狀分析

1.1 瞌睡分析

1.1.1安全駕駛的重要性

駕駛作業(yè)是生產(chǎn)作業(yè)中的關(guān)鍵和決定性的一環(huán)，行規(guī)中明確任何作業(yè)以行車(chē)為主，安全行車(chē)作業(yè)其重要性不言而喻，正常的行車(chē)作業(yè)是確保正線正常運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。每日的運(yùn)營(yíng)，從司機(jī)在車(chē)場(chǎng)檢車(chē)出場(chǎng)開(kāi)始至線路線網(wǎng)末班車(chē)回到車(chē)場(chǎng)止，但由于工作特殊性存在以下幾方面的工作難點(diǎn)。

1.1.2 產(chǎn)生瞌睡的原因

由于行業(yè)特點(diǎn)及天氣等外因影響司機(jī)的正常作業(yè)且列車(chē)在隧道駕駛時(shí)環(huán)境較暗、列車(chē)多采用ATO駕駛模式導(dǎo)致在特殊時(shí)間段生理信號(hào)反應(yīng)導(dǎo)致瞌睡現(xiàn)象或者因司機(jī)主觀原因?qū)е略隈{駛中產(chǎn)生瞌睡現(xiàn)象。正線駕駛中采用單人單崗進(jìn)行作業(yè)，無(wú)法在司機(jī)突發(fā)問(wèn)題或者瞌睡產(chǎn)生的第一時(shí)間提醒司機(jī)或者提報(bào)。

二、優(yōu)化方案

2.1 地鐵安全駕駛智能輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

在研究面部特征提取方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于人臉和手勢(shì)特征融合的違規(guī)駕駛檢測(cè)方案，通過(guò)最新的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的搭建。系統(tǒng)子節(jié)點(diǎn)使用于探頭、聲檢、終端云臺(tái)，并采用新型人臉識(shí)別來(lái)導(dǎo)聯(lián)布局方式釆集駕駛信號(hào)，子節(jié)點(diǎn)完成數(shù)據(jù)采樣后，使用無(wú)線/Zigbee將數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端或車(chē)載平臺(tái)，利用高性能微處理器以及 APP軟件相關(guān)算法完成信號(hào)的特征提取和分類(lèi)識(shí)別，對(duì)駕駛員的生理疲勞狀態(tài)、違規(guī)駕駛作出預(yù)警，并通過(guò)手機(jī)端通信將監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總至控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄。該法克服傳統(tǒng)疲勞檢測(cè)方法的單一和手勢(shì)識(shí)別的局限性，可以很好地融入未來(lái)城市軌道交通系統(tǒng)中。

2.2 地鐵安全駕駛智能輔助系統(tǒng)

安全駕駛智能輔助系統(tǒng)平臺(tái)中，圖像信號(hào)由聲控、探頭檢測(cè)駕駛員進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，采集設(shè)備主要涉及電源、傳感電極、放大電路等組件，同時(shí)包含微處理器、無(wú)線傳感芯片，整體作為無(wú)線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)加入系統(tǒng)。從接觸式實(shí)用性出發(fā)，子節(jié)點(diǎn)在設(shè)計(jì)過(guò)程中從體積、功耗、舒適性等方面進(jìn)行了相關(guān)優(yōu)化。

圖像、手勢(shì)信號(hào)的產(chǎn)生的人體活動(dòng)，疊加的信號(hào)通過(guò)邏輯處理電路進(jìn)行判斷并識(shí)別檢測(cè)，在人體外部形成有規(guī)律的邏輯信號(hào)，這些信號(hào)的幅度非常微弱，但在不同導(dǎo)聯(lián)位置有不同的特征，且通常會(huì)淹沒(méi)于復(fù)雜的背景噪音。采用智能布局的方式的優(yōu)勢(shì)是電極置于信號(hào)源最強(qiáng)的導(dǎo)聯(lián)位置，在實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備充分的情況下，可以采集到相對(duì)理想的信號(hào)， 再運(yùn)用盲源分離算法分離出各源信號(hào)，面部部位環(huán)境開(kāi)闊，無(wú)附屬物干擾，相對(duì)于其他表面信號(hào)不易于識(shí)別且幅度變小的同時(shí)干擾因素也減小，可將檢測(cè)核心部署在面部部位。實(shí)驗(yàn)中將導(dǎo)聯(lián)放置于人臉，從采集的信號(hào)中成功提取出a節(jié)律成分。手勢(shì)信號(hào)是由肢體運(yùn)動(dòng)時(shí)動(dòng)作引發(fā)的采集活動(dòng)，肢體信號(hào)的幅度較大，通常可達(dá)到毫伏級(jí)別，面部附近干擾因素相對(duì)少，因此，試驗(yàn)中 可以采集到理想的檢測(cè)信號(hào)。傳統(tǒng)信號(hào)采集時(shí)，檢測(cè)放置于司機(jī)室四周釆集動(dòng)作頻率特征參數(shù)，解決在實(shí)際試驗(yàn)中存在干擾視線、肢體不適等問(wèn)題。基于同樣的道理，將電極導(dǎo)聯(lián)也置于人臉部位。

節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中依次完成微處理器、無(wú)線傳感芯片、電源、傳感電極等組件的選型調(diào)試以及放大電路詳 細(xì)設(shè)計(jì)布局工作，精簡(jiǎn)節(jié)點(diǎn)重量和體積。

三、效果說(shuō)明

3.1 創(chuàng)新性

開(kāi)發(fā)行業(yè)首款地鐵安全駕駛智能輔助系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)合行業(yè)需求制作以聲、光、安防結(jié)合的智能駕駛輔助裝置，以聲播提醒前方信號(hào)機(jī)、道叉等運(yùn)營(yíng)情況;以攝像結(jié)合圖像識(shí)別技術(shù)檢測(cè)判斷司機(jī)當(dāng)前駕駛是否符合標(biāo)準(zhǔn)駕駛?cè)绱蝾⒊闊煛⑼媸謾C(jī)等違規(guī)情況進(jìn)行報(bào)警提醒;后臺(tái)軟件檢測(cè)司機(jī)駕駛情況、在控制中心發(fā)現(xiàn)司機(jī)違規(guī)操作在控制屏幕中顯紅并提醒，同時(shí)控制中心擁有控制權(quán)限，開(kāi)發(fā)移動(dòng)端APP對(duì)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 安全性

中心與廈門(mén)信息集團(tuán)共同研發(fā)地鐵安全駕駛智能輔助系統(tǒng)具有深度的軌道交通行業(yè)的實(shí)際運(yùn)用案例經(jīng)驗(yàn)，信息集團(tuán)在深度調(diào)研和案例經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合下制作軌道交通專(zhuān)用型系統(tǒng)裝置，能為地鐵安全運(yùn)營(yíng)提供保障。擁有自主的產(chǎn)學(xué)研究院，具有多家技術(shù)聯(lián)合支持，研發(fā)產(chǎn)品符合行業(yè)相關(guān)準(zhǔn)則，使用過(guò)程擁有多軟件的獨(dú)立運(yùn)行檢測(cè)，在標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的基礎(chǔ)上不會(huì)增加作業(yè)難度。

3.3 可推廣性

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)行業(yè)內(nèi)第一款地鐵安全駕駛智能輔助系統(tǒng)裝置，相對(duì)于虹膜等產(chǎn)品更加適用于地鐵行業(yè)，主要因第一：系統(tǒng)不需鏈接外網(wǎng)，不會(huì)對(duì)現(xiàn)在的駕駛信號(hào)產(chǎn)生影響;第二：系統(tǒng)采用聲控提醒司機(jī)前面情況及檢測(cè)是否存在違規(guī)操作、進(jìn)而監(jiān)視瞌睡、手指口呼、佩戴口罩、抽煙、看其他設(shè)備的情況進(jìn)行處理判斷，設(shè)備不會(huì)影響司機(jī)正常駕駛作業(yè)且不需要佩戴不會(huì)產(chǎn)生作業(yè)負(fù)擔(dān)影響判斷，同時(shí)適用在行車(chē)及相關(guān)部門(mén)。

3.4 經(jīng)濟(jì)性

每塊產(chǎn)品僅需3000元人民幣左右，一次制作終身受用。從人力資源方面大大節(jié)省了公司在司機(jī)瞌睡方面的檢查力度，相當(dāng)于每條線路每月節(jié)省175個(gè)工時(shí)折合薪資近5000元，如因瞌睡導(dǎo)致無(wú)法正確行車(chē)導(dǎo)致冒進(jìn)、脫軌等事件其影響更是不言而喻。同時(shí)在檢查方面的弊端是無(wú)法及時(shí)提醒司機(jī)，而是在之后采取措施并不能在源頭制止，這款產(chǎn)品解決了司機(jī)單崗作業(yè)的隱患點(diǎn)。

四、總結(jié)

設(shè)計(jì)制作檢測(cè)裝置在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生重要作用，解決了司機(jī)在班中因主觀或客觀導(dǎo)致瞌睡現(xiàn)象。裝置信號(hào)穩(wěn)定，設(shè)計(jì)規(guī)格尺寸較小不會(huì)占用操作臺(tái)，使用簡(jiǎn)單不會(huì)增加司機(jī)作業(yè)負(fù)擔(dān)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用型強(qiáng)，具有低造價(jià)、永使用、快提醒、便操作等優(yōu)點(diǎn)。